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大三 --材料科学 --材料 X 射线衍射与电子显微学
第一部分 X 射线衍射分析
第一章 X 射线物理学基础
X射线的本质
1. X 射线本质：电磁辐射
2. X 射线性质：波长较短；具有波粒二象性；穿透力极强；对生物细胞有很强的破坏作用。
X射线的产生
1. 产生原理：高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换， 电子的运动受阻失去动能， 其中一小部分能量转变为 X 射线，而绝大部分能量转变成热能使物体温度升高。
2. 产生条件：产生自由电子；使电子作定向的高速运动；在其运动的路径上设置一个障碍 物使电子突然减速或停止。
3. X射线管：阴极（发射电子），阳极（靶），窗口和焦点。
X 射线谱
1. 连续X射线
1） 特点：由一系列波长不同的 X射线组成的；它有一个最短波长 入0 ;在大于最短波 长的某一范围内，其波长是连续变化的。
2） 成因：高速运动的电子撞到阳极时突然减速，动能转变为光能释放出来。
3） 连续X射线的最短波长入° （短波限）只与管电压 有关，与管电流和阳极材料无关。
4） 连续X射线的强度与管电压、管电流和阳极材料有关。
2. 特征X射线谱
1） 成因：原子的内层电子被激发造成电子跃迁。
2） 特点：由若干条特定波长的 X射线构成，波长不连续。
3） 特征X射线的频率和波长是恒定不变的。
4） 种类：K系特征X射线；L系特征X射线；M系特征X射线等
5） 波长只与阳极材料的原子种类有关，与外界条件无关
6） 特征X射线的相对强度决定于电子在各能级间的跃迁几率 （Ka> KB; Ka 1> Ka 2）。
7） 特征X射线的绝对强度随 X射线管的电流 和电压的增加而增大。
8） 用途：X射线衍射分析的主要光源；元素成分分析。
X射线与物质的相互作用
X射线与物质相互作用时，可发生散射、透射、吸收 以及光电效应等现象。
1. 散射
1）相干散射：当X光子与原子内的紧束缚电子碰撞时， X光子仅改变运动方向， 能量
没有损失。散射线的波长与入射线的波长相同，并具有一定的相位关系，可以互相 干涉，形成衍射图样。用于 X射线衍射分析。
2）非相干散射：当X光子与自由电子或束缚很弱的电子碰撞时，运动方向和能量发生 变化。不相干散射线由于波长各不相同， 因此不会互相干涉形成衍射线。
2. 光电效应
1） 荧光X射线：光电吸收后，原子处于激发态，内层出现空位。这时，外层电子就要
往内层的空位跃迁，多余的能量会以特征 X射线的形式释放出来，这种特征 X射线
称为荧光X射线。
2） 俄歇电子：当外层电子往内层空位跃迁时，其多余的能量不是以 X射线的形式释放
出来，而是传给原子的外层电子使之脱离原子，变成自由电子。 这个过程称为俄
歇作用。由俄歇作用产生的自由电子称为俄歇电子。
3. 吸收：线吸收系数 卩,质量吸收系数 ym （与X射线的波长以及吸收物质的原子序数有 关，可以反映不同元素吸收 X射线的能力）。
4. 吸收限：对于一定的元素而言，随着入射 X射线波长缩短，质量吸收系数减小，到达某
一波长值，ym突然增加，然后又逐渐减小，质量吸收系数突变点的波长值称为该元素 的吸收限。应用：X射线滤波片的滤波原理。
第二章 X射线衍射的几何原理
1. 晶面和晶向指数
2. 布喇菲点阵结点坐标：简单点阵： 000;底心点阵：000, 1/2 1/2 0 ;体心点阵：000, 1/2
1/2 1/2;面心点阵：000, 1/2 1/2 0, 1/2 0 1/2 , 0 1/2 1/2。
：立方晶系
1. 倒易点阵的定义
设a、b、c代表正点阵 S的基矢量，a*、b*、c*代表相应的倒易点阵 S*的基矢量
a*a=1, a*b=0, a*c=0
b*a =0, b*b =1, b*c=0
c*a=0, c*b=0, c*c=1
* bxr . ex a * ttM
d — — b = — c ——
V V V
2. 倒易点阵的性质
1） 在倒易点阵S*中，由原点指向倒易点阵点 hkl的向量为Hhki, H =ha*+kb*+lc*, Hhki 必和点阵S中的平面点阵（hkl）相垂直。
2） 向量Hhkl的长度Hhkl和点阵S中的dhkl成反比，即 Hhkl=1/dhkl
3. 晶带:在晶体结构或空间点阵中，与某一取向平行的所有晶面均属于同一个晶带。
晶带轴